中红外光纤激光器
中红外激光材料范文
中红外激光材料范文中红外激光器是一种在中红外光波段（3-5微米或8-14微米）工作的激光器。
中红外光是一种具有重要意义的光波段，在军事、医学、环境监测等领域有着广泛的应用。
为了实现中红外激光器的高效工作，需要选择合适的中红外激光材料。
本文将介绍几种常用的中红外激光材料及其特性。
1.II-VI族化合物半导体材料：II-VI族化合物半导体材料是中红外激光器中最常用的材料之一、其中，锌硒（ZnSe）和锌硫（ZnS）是最常见的材料。
这些材料具有较高的激光门限和较低的损伤阈值，适合用于中红外激光器的工作。
此外，这些材料的折射率与空气接近，使得它们可以直接作为激光输出窗口使用。
2.IV族化合物半导体材料：IV族化合物半导体材料也是中红外激光器中常用的材料之一、其中，锗（Ge）和硅（Si）是最常见的材料。
这些材料的特点是折射率高、热导率好，且有较好的激光损伤阈值。
它们可以用于中红外激光器的光学部件，例如输出窗口和透镜。
3.共价锢合晶体（II-VI族和IV族晶体的复合晶体）：共价锢合晶体是一种由II-VI族和IV族晶体组成的复合晶体。
这些材料结合了II-VI族和IV族晶体的优点，具有较好的光学特性和激光性能。
例如，锗镓硒（GeGaSe）晶体在3-12微米波段具有宽的透过窗口，在中红外激光器中具有广泛的应用潜力。
4.型变玻璃材料：型变玻璃材料是一种特殊的非晶态金属玻璃材料。
它们具有较低的热导率和较高的折射率，适合用于中红外激光器。
此外，型变玻璃材料还可以通过控制其组成来调节其物理和光学性质，以适应不同的激光器要求。
总的来说，中红外激光器所需的材料应具有较低的损伤阈值、较高的折射率、较好的光学特性和激光性能。
在选择激光材料时，需要考虑到材料的透过窗口、光学元件、波导和激光源等方面的特性。
随着激光技术的不断发展，相信中红外激光材料将会有更多更好的选择出现，为中红外激光器的发展做出更大的贡献。
光纤激光器的工作原理
光纤激光器的工作原理
首先是光泵浦过程。
光泵浦是指通过将能量传递到光纤中，使得光纤中的电子能级达到激发状态，形成激光的准备过程。
常见的光泵浦方式有光纤耦合、半导体激光二极管泵浦和光泵浦等。
以光纤耦合为例，光泵浦通常采用二极管激光器作为激光泵浦源，通过耦合装置将二极管激光器的激光能量输入到光纤内部。
耦合装置可以是聚焦透镜、光纤光栅或光纤耦合器等。
在这一过程中，光纤中的掺杂物会吸收激光的能量，并使得电子在能级之间跃迁，电子能级升高。
这一过程中，激光能量转化为光纤中储存的电子能量。
接下来是能级传递过程。
在光泵浦的作用下，光纤中的掺杂物的电子能级上升。
而在激发态的能级上，由于能级之间的差异，电子会发生非辐射跃迁，即从高能级向低能级跃迁。
这个过程中电子会释放出能量，这些能量相当于光的频率，即激光。
能级传递的过程中，光纤中的掺杂物通常采用掺铒和掺镱进行杂质掺入。
铒掺杂的光纤激光器主要在红外、中红外和近红外波段工作，适用于通信、医疗和材料加工等领域；镱掺杂的光纤激光器主要在红外和中红外波段工作，适用于制造和工业设计等领域。
最后是激光输出过程。
在能级传递完成后，光纤激光器会通过逆向反射，使得光线在光纤中多次反射，增强激射光的强度。
这个过程被称为微腔引导，通过微腔结构使得光线在光纤中的传播路径被限制在一个很小的范围内。
而在这个范围内，激射光会积聚能量，并增强激射光的强度。
总之，光纤激光器通过光泵浦、能级传递和激光输出三个过程将光能转化为激光能。
它具有体积小、结构紧凑、效率高、可靠性强等优点，在通信、医疗、材料加工和制造等领域得到广泛应用。
光纤激光器的特点与应用
光纤激光器的特点与应用光纤激光器是在EDFA技术基础上发展起来的技术。
近年来，随着光纤通信系统的极大的应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。
光纤激光器在降低阂值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步。
它是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。
1.光纤激光器工作原理光纤激光器主要由三部分组成:由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。
光纤激光器的基本结构如图1所示。
掺稀土元素的光纤放大器推动了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。
当泵浦光通过光纤中的稀土离子时，就会被稀土离子所吸收，这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转。
反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。
从激发态到基态的辐射方式有两种，即自发辐射和受激辐射，其中受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可以形成相干性很好的激光。
激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理过程，为了使这种过程持续发生，必须形成离子数反转，因此要求参与过程的能级应超过两个，同时还要有泵浦源提供能量。
光纤激光器实际上也可以称为是一个波长转化器，通过它可以将泵浦波长光转化为所需的激射波长光。
例如掺饵光纤激光器将980nm的泵浦光进行泵浦，输出1550nm的激光。
激光的输出可以是连续的，也可以是脉冲形式的。
光纤激光器有两种激射状态，三能级和四能级激射。
三能级和四能级的激光原理如图2所示，泵浦(短波长高能光子)使电子从基态跃迁到高能态E4或者E3，然后通过非辐射方式跃迁过程跃迁到激光上能级E43或者E3 2，当电子进一步从激光上能级跃迁到下能级E扩或者E3，时，就会出现激光的过程。
中红外光纤激光器
中红外光纤激光器摘要位于2~5μm中红外波段的激光在国防、医疗、通信方面有着特殊的重要应用。
利用固体激光器泵浦稀土离子掺杂的玻璃光纤产生荧光发射是直接获得2～5 μm 波段中红外激光的有效途径，具有光束质量好、体积小、转换效率高、散热效果好等优点。
本文介绍了中红外光纤激光器的原理、研究现状和发展前景。
对中红外光纤激光器的发展和研究方向进行了阐述。
关键词：中红外；光纤激光器；稀土离子；硫化物光纤；氟化物光纤一、中红外光纤激光器简介1.1 中红外激光位于2~5μm中红外波段的激光在国防、医疗、通信方面有着特殊的重要应用。
它位于大气“透明窗口”,处于大多数军用探测器的工作波段, 可以进行战术导弹尾焰红外辐射模拟、人眼安全的激光雷达、激光定向红外干扰等军事用途。
在民用领域可用于遥感化学传感、空气污染控制，它还可以用于新一代激光手术,使血液迅速凝结,手术创面小、止血性好（水分子在3μm附近有很强的吸收峰）此外，采用2～5 μm 替代目前广泛使用的1.55 μm 作为光纤通信工作波长也是一项极具研究价值的课题，由于材料的Rayleigh 散射与光波长的四次方成反比，采用2～5 μm 作为工作波长可以有效降低光纤损耗，增加无中继通信的距离。
因此，研发中红外波段的激光器对于国家安全和国民经济建设具有十分重要的意义。
获得中红外激光的方法有间接方法和直接方法。
其中间接方法包括： (1) CO2激光器的倍频及差频输出(2) 利用非线性红外晶体采用非线性频率变换或光学参量振荡技术将其它波段激光调谐到中红外波段直接方法包括：(1)以氟化氘等为介质的化学激光器(2) 以AlGaAsSb，InGaAsSb，InAs/(In)GaSb 等锑化物窄禁带半导体、过渡金属离子掺杂的Ⅱ–Ⅵ族半导体制作的中红外激光器(3)近红外半导体激光泵浦的稀土离子或过渡金属离子掺杂的玻璃、晶体的光纤激光器。
1.2 光纤激光器光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，主要由泵浦源、耦合器、掺稀土元素光纤、谐振腔等部件构成, 结构如图1.1所示。
光纤激光器的介绍
光纤激光器的介绍光纤激光器的基本构成包括激光介质、激发源、光学谐振腔和输出光纤等。
其中，激发源通常是高功率半导体激光器或其他类型的激发源，通过注入高能量的光子来激发光纤介质。
介质选择不同的元素或化合物，可以获得不同波长的激光输出。
光学谐振腔的设计和构造非常关键，它可以提高激光的相干性和稳定性。
最后，通过输出光纤将激光束传输到需要的位置。
光纤激光器具有许多独特的优点。
首先，光纤激光器可以产生高质量的激光光束，具有较小的发散角度和高光束质量。
其次，光纤激光器具有高度可靠性和稳定性，可以长时间连续运行而不损坏。
此外，光纤激光器无需频繁调整或维护，使用寿命长，适合工业生产环境。
另外，由于光纤激光器的体积小、重量轻，可以方便地集成到各种设备和系统中，并且易于搬运和安装。
光纤激光器在通信领域有着重要的应用。
其高质量的光束和稳定的输出功率使其成为光纤通信系统中的理想光源。
在光纤通信系统中，光纤激光器可以用作发射光源，将信息传输到远距离。
在高容量光纤通信系统中，光纤激光器能够产生高功率的激光光束，实现远距离的信号传输。
光纤激光器在医疗领域也得到广泛应用。
它可以用于激光手术、皮肤美容、激光治疗等。
光纤激光器具有较小的光束尺寸和高能量密度，可以精确地用于医疗操作。
此外，光纤激光器输出的激光波长可以根据不同的医疗需求进行选择，包括可见光、红外线等。
光纤激光器在制造业中也有重要的应用。
它可以用于切割、焊接、打孔等工艺。
光纤激光器具有高功率、高精度和高可靠性的特点，可以实现快速、准确和稳定的制造过程。
在汽车制造、航空航天、电子制造等行业，光纤激光器已经取代了传统的切割和焊接设备，成为主流技术。
在科学研究领域，光纤激光器也发挥着重要作用。
由于光纤激光器输出的激光具有较小的发散角度和高亮度，它可以用于光谱分析、高精度测量以及光学实验等。
此外，光纤激光器还广泛用于激光雷达、光学透镜、光纤传感器等领域。
总之，光纤激光器作为一种先进的激光源具有广泛的应用前景。
高功率中红外激光器的进展
究热 点 。准相位 匹配较 之折射 率相 位 匹配 的主要优
点如下 ： ①由于使用者控制着周期性 ， 他可选用某一 周期 来 匹配希 望 的非 线 性 互 作 用 ； 无 需 使 用 正 交 ② 光束 偏振 ， 意味 着 非线 性 系 数 不再 局 限于 非 对称 这
ｄ张 量 元 。所 有 三 个 相 互 作 用 电场 都 有 可 能 的偏
１５ ｍ以 上 波 段 激 光 。 例 如 ， Ｋ Ｐ Ｏ Ｏ 产 生 ． 用 Ｔ Ｐ １ ５ ｍ波 长 激 光 ， 周 期 极 化 铌 酸 锂 （ Ｐ Ｎ） ．７ 用 Ｐ Ｌ 和
Ｚ Ｇ Ｐ （ Ｇ 一 Ｐ 产 生 了 ３ —５ ｍ 激 光 。 在 ｎ ｅ ２ Ｚ Ｐ）Ｏ Ｏ
５ ％ 。因此 中红 外半 导体 激 光器发 展 面临 的困 难是 ０
分 之几 ， 碍 了许多 潜在 应用 。与此相 反 ， 妨 近红 外半
导 体激 光 器 目前 已实 现 了室 温 高 功率 输 出 ， 有 优 具
良的光 束波 形 和调 制 特 性 ， 电光 效 率 目前 超 过 了 其
１５ ｍ， 此 常 用 光 参 量 振 荡 器 （ Ｐ 产 生 ．４ 因 Ｏ Ｏ）
进展 ， 而后 介绍 中红外单 极 型量 子级联 半 导体 激光器 特 点和进 展 。 关键词： 中红 外激 光器 ； 中红 外光 参量 振 荡器 ； Ｐ Ｎ Ｏ Ｏ；Ｇ － Ｐ Ｃ “：ｎ ｅ 中红 外光 纤 激 Ｐ Ｌ — Ｐ Ｚ Ｐ Ｏ Ｏ； ｒ Ｚ Ｓ ； 光器 ； 中红 外量 子级 联激 光器 中图分 类号 ： Ｎ ４ ． Ｔ ２８１ 文 献标 识码 ： Ａ
中波红外激光器使用说明
中波红外激光器使用说明一、概述中波红外激光器是一种常用于工业、军事和科研领域的激光设备。
它利用中波红外激光的特性，可以用于红外光谱分析、热成像、材料加工等领域。
本文将介绍中波红外激光器的基本原理、使用注意事项以及常见故障排除方法。
二、基本原理中波红外激光器是通过将电能转化为激光能量来工作的。
其基本原理是利用激光介质中的能级跃迁，通过电子受激辐射的方式产生光子。
中波红外激光器使用的激光介质通常是掺杂有稀土离子的晶体或玻璃材料。
当外加电源提供能量时，激光介质中的激发态电子会跃迁到较低能级，产生一束特定波长的激光。
三、使用注意事项1. 安全操作：激光器输出功率较高，使用时应避免直接照射眼睛和皮肤，以免损伤视力或皮肤组织。
在操作过程中应佩戴适当的激光防护眼镜和防护服。
2. 温度控制：激光器的工作温度应在一定范围内，避免过高或过低温度对激光器性能的影响。
应确保激光器周围的环境温度适宜，并定期清洁激光器散热器。
3. 电源稳定：激光器的电源应保持稳定，电压波动过大可能会影响激光器的输出功率和波长稳定性。
建议使用稳定的电源设备，并定期检查电源线路的连接情况。
4. 清洁维护：定期对激光器进行清洁和维护，清除激光器表面的灰尘和污渍，避免影响激光器的正常工作。
清洁时应使用合适的清洁剂和软布进行擦拭，避免使用有腐蚀性的溶剂。
5. 防尘防湿：激光器是精密的光学仪器，应避免长时间暴露在潮湿和尘埃较大的环境中。
在不使用激光器时，应将其放置在防尘和防湿的存储箱中。
四、常见故障排除方法1. 输出功率下降：如果发现激光器的输出功率明显下降，可以首先检查激光介质是否老化或受损，需要更换新的激光介质。
同时还应检查激光器的电源是否正常，电源线路是否连接松动。
2. 波长不稳定：如果激光器的波长出现明显波动，可能是激光介质温度不稳定造成的。
可以通过调整激光器的工作温度或加装温控装置来解决这个问题。
3. 光斑质量变差：如果激光器的光斑质量变差，可能是光学耦合器件出现问题。
中红外激光器市场分析报告
中红外激光器市场分析报告1.引言1.1 概述中红外激光器是一种在中红外波段范围内发射激光的光学器件，具有广泛的应用前景，包括军事、医疗、环境监测等领域。
随着激光技术的不断发展和成熟，中红外激光器市场也逐渐兴起并快速增长。
本报告旨在对中红外激光器市场进行深入分析，包括市场概况、趋势分析、竞争格局以及发展前景展望和投资建议，以期为相关行业提供参考和借鉴。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本报告分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分包括概述、文章结构、目的和总结，旨在引出本报告的主要内容和目的。
正文部分将对中红外激光器市场进行概况、趋势分析和竞争格局的深入分析，为读者提供详尽的市场信息和行业动态。
结论部分将对中红外激光器市场的发展前景展望、投资建议和总结进行总结和提出建议，以便读者能够更好地了解市场走势和投资方向。
"1.3 目的"本报告旨在对中红外激光器市场进行全面深入的分析，通过对市场概况、趋势分析、竞争格局等方面进行详细研究，以期为相关行业企业、投资者提供可靠的市场参考。
通过深入了解市场发展趋势，预测市场发展前景，并提出相应的投资建议，以帮助读者更好地把握市场脉搏，抓住机遇，规避风险，实现更好的投资回报。
同时，通过本报告的撰写，也旨在促进中红外激光器市场的健康有序发展，推动整个行业的进步与发展。
1.4 总结:在本报告中，我们对中红外激光器市场进行了全面的分析和研究。
我们从市场概况、市场趋势分析以及市场竞争格局三个方面对市场进行了系统的调查和总结。
通过对市场的深入了解，我们对中红外激光器市场的发展前景进行了展望，并提出了相应的投资建议。
总的来说，中红外激光器市场具有较大的发展潜力，随着技术的不断进步和市场需求的增加，市场规模将会逐步扩大。
投资者可以抓住这一机遇，加大对中红外激光器市场的投资，获取更多的收益。
希望本报告可以对投资者和相关行业人士提供参考，为他们在中红外激光器市场中做出明智的决策。
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中红外光纤激光器摘要位于2~5μm中红外波段的激光在国防、医疗、通信方面有着特殊的重要应用。
利用固体激光器泵浦稀土离子掺杂的玻璃光纤产生荧光发射是直接获得2～5 μm 波段中红外激光的有效途径，具有光束质量好、体积小、转换效率高、散热效果好等优点。
本文介绍了中红外光纤激光器的原理、研究现状和发展前景。
对中红外光纤激光器的发展和研究方向进行了阐述。
关键词：中红外；光纤激光器；稀土离子；硫化物光纤；氟化物光纤一、中红外光纤激光器简介1.1 中红外激光位于2~5μm中红外波段的激光在国防、医疗、通信方面有着特殊的重要应用。
它位于大气“透明窗口”,处于大多数军用探测器的工作波段, 可以进行战术导弹尾焰红外辐射模拟、人眼安全的激光雷达、激光定向红外干扰等军事用途。
在民用领域可用于遥感化学传感、空气污染控制，它还可以用于新一代激光手术,使血液迅速凝结,手术创面小、止血性好（水分子在3μm附近有很强的吸收峰）此外，采用2～5 μm 替代目前广泛使用的1.55 μm 作为光纤通信工作波长也是一项极具研究价值的课题，由于材料的Rayleigh 散射与光波长的四次方成反比，采用2～5 μm 作为工作波长可以有效降低光纤损耗，增加无中继通信的距离。
因此，研发中红外波段的激光器对于国家安全和国民经济建设具有十分重要的意义。
获得中红外激光的方法有间接方法和直接方法。
其中间接方法包括： (1) CO2激光器的倍频及差频输出(2) 利用非线性红外晶体采用非线性频率变换或光学参量振荡技术将其它波段激光调谐到中红外波段直接方法包括：(1)以氟化氘等为介质的化学激光器(2) 以AlGaAsSb，InGaAsSb，InAs/(In)GaSb 等锑化物窄禁带半导体、过渡金属离子掺杂的Ⅱ–Ⅵ族半导体制作的中红外激光器(3)近红外半导体激光泵浦的稀土离子或过渡金属离子掺杂的玻璃、晶体的光纤激光器。
1.2 光纤激光器光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，主要由泵浦源、耦合器、掺稀土元素光纤、谐振腔等部件构成, 结构如图1.1所示。
图1光纤激光器的泵浦源由一个或多个大功率激光二极管构成, 其发出的泵浦光经耦合系统耦合到作为增益介质的掺稀土元素光纤内, 泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收, 形成粒子数反转, 受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。
光纤激光器的优点在于光纤激光器是波导式结构，易于实现和光纤的耦合。
与传统的固体和气体激光器相比,光纤激光器的光束质量好、体积小、转换效率高、散热效果好。
在近红外波段(1~2μm),光纤激光器与光纤拉曼激光器已经广泛地应用于通信、工业、医疗、国防等领域。
中红外光纤激光器即在光纤激光器的基础上，通过改变光纤材料和掺杂离子种类和类型等手段来控制能产生谐振的波长，使激光器输出中红外波段激光。
二、中红外光纤激光器的原理2.1 激活离子的选择与泵浦中红外光纤激光器的增益介质是稀土元素中的镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素。
镧系元素具有相同的外层电子结构, f-f组态之间有1 639 个跃迁能级，能级对之间的可能跃迁数高达199 177，可观察到的谱线高达30 000 多条，再加上f-d 组态之间存在的跃迁等，数目就更多了。
但是要想实现2~5 μm 跃迁，上下跃迁能级能量间隔则需要处于2 000~3 300cm-1 之间。
他们在中红外的能级图如图2所示图2 中红外发光离子能级图对这类稀土离子来说，谱线间的跃迁比较复杂，可能会带来问题。
这时就需要用到共掺杂技术例如Ho3+，Pr3+共掺杂的ZBLAN激光器,能级图如图2所示。
基态Ho3+在抽运光作用下被激发到5I6能级,而发生于5I6能级的能量传递上转换(ETU)将会导致5I6能级上粒子数降低,因此需要尽量避免。
Ho3+的5I7能级到Pr3+的3F2能级的能量传递则会使得激光低能级5I7的粒子数迅速衰减,从而保证粒子数反转和激光器的稳定输出。
由于3μm 共餐掺Ho3+ZBLAN光纤激光器上能级ETU有着相对较高的速率系数,这将导致Ho3+的利用受到限制。
因此,在设计光纤时既要保证有足够高浓度的Ho3+使抽运光得到充分吸收,同时又要有足够浓度的Pr3+使激光下能级5I7粒子数能够通过能量传递而减少,再通过Pr3+多声子衰减而迅速下降到基态。
图3 共掺杂Ho 3+，Pr 3+共掺杂能级图2.2基质的选择根据经典的光谱理论，稀土离子在某个激发态产生总跃迁几率（W ）等于辐射跃迁几率（Wrad ）与无福射跃迁几率（Wnr ）之和。
因此，稀土离子能级间产生中红外辐射跃迁几率往往受基质材料影响，即稀土离子和基质间的相互作用，主要体现在稀土离子的能量传递给玻璃基质的晶格振动，即引起多声子弛豫，也即激发态能级粒子的无辐射跃迁。
多声子弛豫引起的无辐射跃迁几率为：其中：式中，W 0 是带隙为零时且没有声子发射时的转移速率，为常数。
P i 为声子阶数，。
△E 为能级间的能量间隔，ω为声子能量。
g 是电子与声子耦合强度。
多声子过程的无辐射跃迁几率首先决定于声子阶数，即能级间的能量间隔和声子能量。
前者决定于稀土离子的能级结构而后者决定于基质本身。
由左式可知，当两能级能量间隔△E 固定不变时，多声子弛豫率主要是由材料晶格振动中的高能声子决定，声子频率越高，多声子无辐射弛豫几率也越大。
0.exp()NR W W E α=-∆1(ln /1)i p g αω-=-/i p E ω=∆在稀土掺杂的玻璃材料中实现2μm 以上的荧光必须满足两个条件：一 (1)具有大得多的折射率，根据Judd–Ofelt 理论可以推测具有较大的偶极子振荡强度，较大的折射率才能使玻璃中溶解的稀土离子周围产生强的局部电场而诱发大的受激辐射截面；(2)透红外界限高(>12 μm)，具有非常低的声子能量(如图3所示)，因而多声子弛豫引起的无辐射跃迁几率低，激发态寿命长，量子效率高。
由于石英材料的声子能量高达1100 cm-1,因此在波长大于2.2μm时传输损耗会很大,不能用于制作波长超过2.2μm的光纤激光器或光纤拉曼激光器。
图2.1为各种基质玻璃的最大声子能量，分别为硼酸盐玻璃，磷酸盐玻璃，硅酸盐玻璃，锗玻璃玻璃，碲酸盐玻璃，氟化物玻璃，硫化物玻璃，硒化物玻璃。
我们看到氟化物玻璃和硫化物玻璃最大声子能量相对较低。
所以目前最常用的中红外光纤为硫化物光纤和氟化物(ZBLAN)光纤。
他们都有两个特性图4 各基质玻璃的声子能量硫化物光纤主要包含一种或多种硫族元素如S、Se、Te等与少量其他元素如Ge、As、Sb等。
硫系玻璃具有大得多的折射率(>2.3)，有较大的偶极子振荡强度，并且较大的折射率会使硫系玻璃中溶解的稀土离子周围产生强的局部电场而诱发大的受激辐射截面；透红外界限高(>12 μm)，具有非常低的声子能量，因而多声子弛豫引起的无辐射跃迁几率低，激发态寿命长，量子效率高。
以S元素或Se元素为主的光纤可以分别实现在0.8~7μm和1~10μm范围内的低损耗传输。
特别地,As-Se光纤具有很高的非线性系数,一般为石英光纤的几百倍,并且其具有很窄的拉曼线宽(约60 cm-1)。
利用这个特性,As-Se硫化物光纤可以用于制作中红外拉曼光纤激光器,这使实现比抽运光更长波长的光纤拉曼激光成为可能。
氟化物光纤由ZrF4,BaF2,LaF3,AlF3,NaF按一定的比率制成,这种材料的声子能量为550 cm-1,因此在波长小于6.0μm的范围内可以实现低损耗传输。
目前利用在氟化物光纤中掺杂Tm3+、Ho3+、Er3+等不同离子已实现2~3μm波段的多种激光输出。
图2.2为石英玻璃和氟化物玻璃的色散曲线，1为石英玻璃，2为氟化物玻璃。
氟化物玻璃的色散曲线要平坦得多。
图5 色散曲线图三、中红外光纤激光器的研究现状近年来中红外光纤激光器的研究主要集中在光纤材料和掺杂浓度和制作工艺等方面。
下面举几个典型的例子来说明中红外光纤激光器的研究现状。
2006年,Jackson等人用一个掺Tm3+石英光纤激光器抽运,对As-Se光纤拉曼激光特性进行了实验研究，如图所示。
实验中使用的为As2Se3光纤。
抽运源的工作波长是2051 nm。
可产生2062 nm，2102 nm和2166 nm 的一级、二级、三级拉曼激光。
其结构如图6所示。
图6 掺Tm3+石英光纤激光器美国的海军实验室（Naval Research Lab，NRL）在2~5 μm中红外发光的稀土离子掺杂硫系玻璃和光纤研究与应用领域处于领先地位。
图7为NRL 实验室集成的LD 泵浦掺Pr 硫系玻璃光纤装置实物图及光纤发射的2~5 μm 宽带荧光图谱。
图7掺Pr 硫系玻璃光纤装置2008年,Eichhorn等[16]对掺Tm3+物质的量分数为2.5%的ZBLAN光纤激光器,输出2.3微米激光。
使用2个792 nm半导体激光器抽运,将其输出功率提高到了20 W,斜率效率为49%,其实验原理如图3.3所示。
掺Tm3+ ZBLAN光纤激光器近年来发展迅速,这是因为它在790 nm处有很宽的吸收带,从而为使用AlGaAs半导体激光器抽运提供了便利。
Er3+在4I13/2低能级较高寿命引起的粒子数瓶颈限制问题。
Er3+与Pr3+之间的能量传递被认为是解决粒子数瓶颈限制的另一个方法。
2006年,Zhu等利用双向抽运和菲涅耳反射镜,实现了4 m长和12 m长Er3+,Pr3+共掺ZBLAN光纤激光器的3μm输出,其斜率效率分别为20.95%和22.28%,其实验原理如图8所示。
图 8 Er3+,Pr3+共掺ZBLAN光纤激光器目前,3μm左右的ZBLAN中红外光纤激光器正在快速发展,相信不久之后将能达到百瓦量级,尤其是级联掺Er3+光纤激光器因其较低的掺杂浓度和温度最具前景,另外掺Ho3+光纤激光器也具有较好的应用前景。
由于硫化物低损耗传输波段更宽,因此利用拉曼硫化物光纤激光器和掺稀土硫化物光纤激光器可以实现更长波长的激光输出。
但是制备硫化物光纤时的纯度成为了制约其发展的瓶颈,阻碍了硫化物光纤在中红外光纤激光器中的大范围使用。
另外目前的硫化物玻璃材料机械、和热稳定性还比较差。
一旦这些困难被克服,并且选择适合的掺杂物质及其浓度,将会实现硫化物光纤激光器超低损耗、高功率的稳定激光输出。
四、中红外光纤激光器的研究方向中红外光纤激光器材料需要进一步研究解决的问题还很多，主要有以下几个方面。
（1）改进提纯工艺，降低玻璃和光纤光学损耗。